DE4222597C2 - Automatic object tracking device of a camcorder - Google Patents
Automatic object tracking device of a camcorderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine automatische Objekt-Nachführvor richtung eines Camcorders nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to an automatic object tracking direction of a camcorder according to the preamble of the patent saying 1.
Durch Objekt-Nachführvorrichtungen soll verhindert werden, daß ein Objekt aus dem Aufnahmewinkel eines Camcorders verloren geht. Aus GB 2 220 319 ist eine Vorrichtung bekannt, mittels der die Bilder gegen Instabilität oder Bewegungen der TV-Ka mera stabilisiert werden sollen. Dazu werden die Videosignale digitalisiert und wird aus einem Vergleich der Lage einzelner Bildpunkte in aufeinanderfolgenden Bildern ein Bewegungsvektor abgeleitet, entsprechend dem das Bild dann so verschoben wird, daß die betreffenden Bildpunkte wieder an der gleichen Stelle erscheinen. Das Verfahren kann dabei auch so ausgeführt wer den, daß die Kamera einem sich bewegenden Objekt folgt, wobei der Vektor zur Steuerung der Kamerabewegung verwendet wird. Diese Vorrichtung arbeitet zufriedenstellend nur bei Kamera objektiven mit fester Brennweite.Object tracking devices are intended to prevent an object is lost from the angle of a camcorder goes. From GB 2 220 319 a device is known by means of of the pictures against instability or movements of the TV-Ka mera should be stabilized. To do this, the video signals digitized and is made from a comparison of the situation of individuals Pixels in successive images are a motion vector derived, according to which the image is then shifted so that the relevant pixels again in the same place appear. The process can also be carried out in this way the camera follows a moving object, whereby the vector is used to control camera movement. This device works satisfactorily only with a camera fixed focal length lenses.
Aus DE-A-40 32 969, Fig. 15, ist es bekannt, aus dem Vergleich der Vektoren, die zu verschiedenen Bildpunkten gehören, eine Zoom-Änderung festzustellen. Die Feststellung der Zoom-Ände rung dient dabei dazu, eine fehlerhafte Korrektur des Kamera wackelns zu verhindern. Der Mittelwert der Bewegungsvektoren mehrerer über das gesamte Bild verteilter Bildpunkte wird da bei als der zu korrigierende Bewegungsvektor angesehen.From DE-A-40 32 969, Fig. 15, it is known from the comparison of the vectors belonging to different pixels, one Determine zoom change. The detection of the zoom changes tion serves to correct the camera incorrectly to prevent jiggling. The mean of the motion vectors several pixels distributed over the entire image is there at as the motion vector to be corrected.
Im allgemeinen ist ein Camcorder (Videokamera) zum Photo graphieren eines Objektes so eingerichtet, daß ein Kameramann Bilder aufnimmt und dabei gegebenenfalls eine Nachführung hin sichtlich eines sich bewegenden Objektes vornimmt. In general, a camcorder (video camera) is for photo graph an object so that a cameraman Takes pictures and possibly a tracking visually makes a moving object.
Schwierigkeiten ergeben sich bei Benutzung der Selbstauslöser funktion, also für den Fall, daß der Anwender selbst durch den Camcorder photographiert werden soll, wobei nicht nur das Ob jekt durch seine Bewegung aus dem Bildwinkel herausgelangte, sondern auch der Fokussierungszustand verlassen wurde.Difficulties arise when using the self-timer function, so in the event that the user himself through the Camcorder to be photographed, not only the Ob ject moved out of the picture angle by its movement, but also the state of focus has been left.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine automa tische Objekt-Nachführvorrichtung eines Camcorders zu schaf fen, die auch bei Zoom-Objektiven das Nachführen der Kamera ermöglicht.The invention is therefore based on the object of an automa table object tracking device of a camcorder the tracking of the camera even with zoom lenses enables.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Er findung sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is performed by a device with the features of Claim 1 solved. Preferred embodiments of the Er invention are the subject of the subclaims.
Mittels der erfindungsgemäßen Objekt-Nachführvorrichtung ist es gleichzeitig möglich, auch bei einer Bewegung des Objekts die Scharfeinstellung (Fokussierung) beizubehalten.By means of the object tracking device according to the invention it is possible at the same time, even if the object moves to keep the focus (focus).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below the drawing explained. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer automatischen Objektnach führvorrichtung eines Camcorders; und Fig. 1 is a block diagram of an automatic object tracking device of a camcorder; and
Fig. 2 ein Diagramm eines Beispiels von Prüfpunkten für eine Erkennung einer Bewegung des Bildes in Fig. 1. FIG. 2 shows a diagram of an example of test points for detecting movement of the image in FIG. 1.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer automatischen Objekt-Nachführvorrichtung eines Camcorders, der ein Zoomobjektiv oder eine Linse 1 zum Fokussieren einer Abbildung eines Objek tes, ein CCD-Photographierelement 2 zum Umwandeln der durch die Linse 1 fokussierten Abbildung in ein elektrisches Signal und eine Kameraschaltung 3, die das Bildsignal verarbeitet, aufweist. Fig. 1 is a block diagram of an automatic object tracking device of a camcorder, the zoom lens or a lens 1 for focusing an image of an object, a CCD photographing element 2 for converting the image focused by the lens 1 into an electrical signal and a camera circuit 3 , which processes the image signal.
Die Linse 1, das CCD-Photographierelement 2 und die Kamera schaltung 3 bilden eine Bildverarbeitungseinheit eines allge meinen Camcorders, wobei ein optisches Signal des Objekts, das durch die Linse 1 fokussiert worden ist, photoelektrisch durch das CCD-Photographierelement 2 in ein elektrisches Signal um gewandelt wird und dann anschließend in der Kameraschaltung 3 verarbeitet wird, die aus einem Chrominanzsignal- und einer Luminanzsignal-Verarbeitungseinheit, einer automatischen Weiß abgleich-Schaltungseinheit, einer Farbdifferenzsignal-Verar beitungseinheit und einer Zoomlinsen-Steuereinheit besteht, um dann auf einem Videoband aufgezeichnet zu werden.The lens 1 , the CCD photographing element 2 and the camera circuit 3 form an image processing unit of a general camcorder, an optical signal of the object that has been focused by the lens 1 photoelectrically by the CCD photographing element 2 into an electrical signal is converted and then subsequently processed in the camera circuit 3 consisting of a chrominance signal and a luminance signal processing unit, an automatic white balance circuit unit, a color difference signal processing unit and a zoom lens control unit, to be then recorded on a video tape .
Mittels eines A/D-Wandlers 4 wird das von der Kameraschaltung 3 ausgegebene Videoluminanzsignal in ein digitales Signal um gewandelt. Ein Bildspeicher 5 speichert zeitweilig ein Video luminanzsignal eines (1) Vollbildes (= 2 Halbbilder), welches in dem A/D-Wandler 4 in ein digitales Signal umgewandelt wird. Ein Bewegungsdetektor 6 vergleicht ein Vollbild des momentan vorhandenen Videoluminanzsignals, welches in dem A/D-Wandler 4 in ein digitales Signal umgewandelt wurde, und ein Vollbild des unmittelbar vorhergehenden Videoluminanzsignals, welches in dem Bildspeicher 5 gespeichert wurde, und erkennt dadurch Größe und Richtung der Bewegung des Bildes in Form eines Vek tors. Ein Zoom-Stellungssensor 7 erkennt die Zoomstellung der Linse 1. Ein Mikroprozessor 8 erhält Informationen hinsicht lich Größe und Richtung der Bewegung und der Zoomstellung von dem Bewegungsdetektor 6 und dem Zoom-Stellungssensor 7. Eine Bildspeicher-Steuerung 9 steuert den Bildspeicher 5. Eine Mo torsteuereinheit 10 erhält Informationen hinsichtlich der Größe und Richtung der Bewegung und der Geschwindigkeit des Objekts von dem Mikroprozessor 8 und steuert auf dieser Grundlage einen Kameraschwenk- oder Drehmotor 11.By means of an A / D converter 4 , the video luminance signal output by the camera circuit 3 is converted into a digital signal. An image memory 5 temporarily stores a video luminance signal of one (1) frame (= 2 fields), which is converted in the A / D converter 4 into a digital signal. A motion detector 6 compares a frame of the currently existing video luminance signal, which has been converted into a digital signal in the A / D converter 4 , and a frame of the immediately preceding video luminance signal, which has been stored in the image memory 5 , and thereby detects the size and direction of the Movement of the image in the form of a vector. A zoom position sensor 7 detects the zoom position of the lens 1 . A microprocessor 8 receives information regarding the size and direction of the movement and the zoom position from the motion detector 6 and the zoom position sensor 7 . An image memory controller 9 controls the image memory 5 . A motor control unit 10 receives information regarding the size and direction of the movement and the speed of the object from the microprocessor 8 and controls a camera pan or rotary motor 11 on the basis thereof.
Bei dem Ausführungsbeispiel besteht der Bildspeicher 5 aus zwei Bildspeichereinheiten. Er gibt nah einer Verzögerung des Videoluminanzsignals Yh zwei Halbbilder (=1 Vollbild) während einer Bilddauer aus, wobei der Kameraschwenkmotor 11 so kon struiert ist, daß er die Bewegungsrichtung der Kamera ändert, die von einem Dreifuß 12 gehaltert ist.In the exemplary embodiment, the image memory 5 consists of two image memory units. It outputs close to a delay of the video luminance signal Yh two fields (= 1 frame) during an image period, the camera pivot motor 11 being constructed so that it changes the direction of movement of the camera, which is supported by a tripod 12 .
Beim Photographieren mittels einer Selbstauslöser-Funktion wird demzufolge, wenn das Videoluminanzsignal Yh von der Vi deoverarbeitungseinheit des Camcorders ausgegeben wird, der die Linse 1, das Photographierelement 2 und die Kameraschal tung 3 aufweist, das analoge Videoluminanzsignal Yh durch den A/D-Wandler 4 in ein digitales Signal umgewandelt.Accordingly, when photographing by means of a self-timer function, when the video luminance signal Yh is output from the video processing unit of the camcorder having the lens 1 , the photographing element 2 and the camera circuit 3 , the analog video luminance signal Yh is output by the A / D converter 4 converted into a digital signal.
Der von der Bildspeichersteuerung 9 gesteuerte Bildspeicher 5 speichert zeitweilig (bis zum Eingabezeitpunkt des nächsten Vollbildes) das Videoluminanzsignal Yh eines Vollbildes, wel ches durch den A/D-Wandler 4 in ein digitales Signal umgewan delt wurde.The image memory 5 controlled by the image memory controller 9 temporarily stores (until the input point of the next frame) the video luminance signal Yh of a frame, which has been converted by the A / D converter 4 into a digital signal.
Der Bewegungsdetektor 6 vergleicht ein Vollbild des momentan vorhandenen Videoluminanzsignals, welches durch Umwandeln in ein digitales Signal durch den A/D-Wandler 4 eingegeben wurde, mit dem Videoluminanzsignal eines Vollbildes, welches unmit telbar zuvor aufgetreten ist und in dem Bildspeicher 5 gespei chert wurde, und erkennt dadurch die Bewegungsgröße und Bewe gungsrichtung des Bildes als einen Vektor.The motion detector 6 compares a frame of the currently existing video luminance signal, which was input by conversion into a digital signal by the A / D converter 4 , with the video luminance signal of a frame, which occurred immediately before and was stored in the image memory 5 , and thereby recognizes the movement size and direction of movement of the image as a vector.
Der Zoom-Stellungssensor 7 detektiert die Zoomstellung und gibt diese aus, indem eine TELE-, MITTEL- und WEIT-Winkelauf teilung von der Linse 1 beim Photographieren mit dem Selbst auslöser vorgenommen wird.The zoom position sensor 7 detects the zoom position and outputs it by making a TELE, MEDIUM and WIDE angular division of the lens 1 when photographing with the self-timer.
Der Mikroprozessor 8 empfängt die Information hinsichtlich der Bewegungsgröße und der Bewegungsrichtung von dem Bewe gungsdetektor 6, beurteilt, ob die Bewegung des Bildes eine Bewegung der Kamera ist oder eine Bewegung des Objekts, gibt dann, wenn die Beurteilung eine Bewegung des Objekts ergibt, ein Richtungsänderungssignal der Kamera aus, und zwar in Ein klang mit der Bewegungsrichtung und der Bewegungsgröße des Objektes, empfängt zur gleichen Zeit eine Information hin sichtlich der Zoomstellung von dem Zoom-Stellungssensor 7, bestimmt eine Richtungsänderung bzw. Geschwindigkeit der Ka mera und gibt diese als Steuersignal aus. Dies bedeutet, daß ein Richtungsänderungssignal ausgegeben wird, um einen Motor anzutreiben, indem eine Information hinsichtlich der Bewe gungsgröße und der Bewegungsrichtung eines Objektes von dem Bewegungsdetektor 6 empfangen wird, so daß die Kamera ent sprechend dem Objekt bewegt wird.The microprocessor 8 receives the information regarding the amount of movement and the direction of movement from the movement detector 6 , judges whether the movement of the image is a movement of the camera or a movement of the object, and gives a direction change signal if the judgment results in movement of the object the camera from, in one sound with the direction of movement and the size of movement of the object, at the same time receives information regarding the zoom position from the zoom position sensor 7 , determines a change in direction or speed of the camera and outputs this as a control signal . This means that a direction change signal is output to drive a motor by receiving information regarding the amount of movement and the direction of movement of an object from the motion detector 6 , so that the camera is moved accordingly to the object.
Wenn in diesem Fall die Zoomstellung, die von dem Zoom-Stel lungssensor 7 festgestellt wird, die TELE-Stellung ist, so be deutet dies, daß das Objekt als nahe angeordnet gesehen wird, obwohl es tatsächlich entfernt gelegen ist, und selbst wenn die Bewegungsgröße, die von dem Bewegungsdetektor 6 detektiert wird, klein ist, wird tatsächlich das Objekt stark bewegt. Um die Kamera dem Objekt nachzuführen, muß die Schwenkgeschwin digkeit der Kamera höher sein. Der Mikroprozessor 8 gibt daher das Steuersignal aus, die Richtungsänderungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Im Falle der MITTEL-Stellung gibt es das Steuersignal für eine mittlere Richtungsänderungsgeschwindigkeit aus. Im Falle der WEIT-Winkeleinstellung wird das Steuersignal für eine langsame Richtungsänderungsgeschwindigkeit der Kamera ausgegeben, da es dann im Gegensatz zur TELE-Einstellung mög lich ist, der Bewegung des Objektes zu folgen, wenn die Rich tungsänderungsgeschwindigkeit niedriger ist.In this case, if the zoom position detected by the zoom position sensor 7 is the TELE position, it means that the object is seen as being located close to it even though it is actually distant, and even if the amount of movement detected by the motion detector 6 is small, the object is actually moved a lot. In order to track the camera to the object, the pan speed of the camera must be higher. The microprocessor 8 therefore outputs the control signal to increase the speed of change of direction. In the case of the MIDDLE position, it outputs the control signal for an average direction change speed. In the case of the WIDE angle setting, the control signal for a slow direction change speed is output by the camera, since in contrast to the TELE setting it is possible to follow the movement of the object when the direction change speed is lower.
Das Richtungsänderungssignal und das Steuersignal zum Bestim men der Richtungsänderungsgeschwindigkeit der Kamera, welche von dem Mikroprozessor 8 ausgegeben werden, gelangen zur Mo torsteuereinheit 10.The direction change signal and the control signal for determining the direction change speed of the camera, which are output from the microprocessor 8 , arrive at the motor control unit 10 .
Die Motorsteuereinheit 10 empfängt das Richtungsänderungs signal und das Steuersignal zur Festlegung der Richtungsän derungsgeschwindigkeit der Kamera, die von dem Mikroprozessor 8 ausgegeben wurden, und gibt das Steuersignal in Abhängigkeit von der Bewegungsgröße und Bewegungsrichtung des Objektes aus und gibt ferner das Geschwindigkeitssteuersignal abhängig von der Zoomstellung aus, und zwar an den Motor, um die Ausrich tung der Kamera zu ändern.The motor control unit 10 receives the direction change signal and the control signal for setting the direction change speed of the camera, which have been output by the microprocessor 8 , and outputs the control signal depending on the movement size and direction of movement of the object and also outputs the speed control signal depending on the zoom position to the motor to change the orientation of the camera.
Der Motor 11 dreht die Kamera, die von einem Dreifuß 12 abge stützt ist, entsprechend dem Steuersignal, welches von dem Motorsteuerabschnitt 10 ausgegeben wird, so daß die Kamera dem Objekt nachgeführt wird. Hierbei wird die Photographieropera tion ausgeführt.The motor 11 rotates the camera, which is supported by a tripod 12 , in accordance with the control signal which is output from the motor control section 10 , so that the camera tracks the object. Here, the photographing operation is carried out.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Beispiels von Prüfpunkten oder Stellen, anhand deren der Mikroprozessor 8 entscheidet, ob die Bewegung des Bildes eine Bewegung der Kamera selbst ist oder eine Bewegung des Objektes, wobei dann eine Vielzahl von Prüf punkten 20A bis 20I auf dem Bild bezeichnet werden und dann, wenn der jeweilige Bewegungsvektor des Bildes in gleicher Wei se an sich gegenüberliegenden Prüfpunkten (20A und 20C) und/oder (20A und 20F) und/oder (20A und 20I) und/oder (20D und 20C) und/oder (20D und 20F) und/oder (20D und 20I) und/oder (20G und 20C) und/oder (20D und 20F) und/oder (20F und 20I) festgestellt wird, so wird daraus geschlossen, daß sich die Kamera selbst bewegt hat, und wenn der jeweilige Be wegungsvektor des Bildes nicht in gleicher Weise an den gegen überliegenden Prüfpunkten detektiert wird, wird daraus geschlossen, daß es sich um eine Bewegung des Objektes handelt. Fig. 2 shows a diagram of an example of test points or points, on the basis of which the microprocessor 8 decides whether the movement of the image is a movement of the camera itself or a movement of the object, with a plurality of test points 20 A to 20 I then the image and if the respective motion vector of the image in the same way at opposite test points ( 20 A and 20 C) and / or ( 20 A and 20 F) and / or ( 20 A and 20 I) and / or ( 20 D and 20 C) and / or ( 20 D and 20 F) and / or ( 20 D and 20 I) and / or ( 20 G and 20 C) and / or ( 20 D and 20 F) and / or ( 20 F and 20 I) is determined, it is concluded that the camera has moved itself, and if the respective Be motion vector of the image is not detected in the same way at the opposite test points, it is concluded that it is a movement of the object.
Das bedeutet, daß die Bewegungsvektoren, die bei der Bewegung des Objektes auftreten, in einem bestimmten Abschnitt des Bil des unregelmäßig erscheinen, jedoch die Bewegungsvektoren bei einer Bewegung der Kamera gleichmäßig über das gesamte Bild erscheinen.That means the motion vectors that are in motion of the object occur in a certain section of the Bil of appear irregular, but the motion vectors at movement of the camera evenly across the entire image appear.
Wenn sich jedoch das Objekt und gleichzeitig die Kamera bewe gen erscheinen die Bewegungsvektoren in dem Abschnitt, der mit dem Objekt belegt ist, unregelmäßig.However, if the object and the camera move at the same time The motion vectors appear in the section with the object is occupied, irregularly.
Wenn daher die Bewegungsvektoren des Bildes in gleicher Form an sich gegenüberliegenden Prüfpunkten detektiert werden, kann geschlossen werden, daß es sich dabei um eine Bewegung der Ka mera selbst handelt.Therefore, if the motion vectors of the image are in the same form can be detected at opposite test points be concluded that this is a movement of the Ka mera acts itself.
Die in Fig. 2 gezeigten Prüfstellen oder Prüfpunkte sind nur als Beispiel gewählt. Wenn die jeweiligen Prüfpunkte an beide oberseitigen Eckenabschnitte des Bildes gesetzt werden und dann aus den gleichen Bewegungsvektoren an jedem Prüfpunkt der beiden Eckabschnitte auf eine Bewegung der Kamera geschlossen wird, so gelangt man selbstverständlich in beiden Fällen zu dem gleichen Ergebnis.The test points or test points shown in FIG. 2 are selected only as an example. If the respective test points are placed on both top corner sections of the image and then the same motion vectors at each test point of the two corner sections are used to conclude that the camera is moving, the same result is of course achieved in both cases.
Die automatische Objekt-Nachführvorrichtung eines Camcorders ermöglicht somit eine Beurteilung, ob es sich bei einer Bewe gung um die Bewegung eines Objektes oder um eine Bewegung der Kamera handelt. Falls es sich um eine Bewegung des Objektes handelt, so erfolgt eine Nachführung hinsichtlich des Objektes nicht nur abhängig von der Bewegungsrichtung und dem Bewe gungsausmaß des Objektes, sondern wird auch die Nachführge schwindigkeit in Abhängigkeit von der Zoomstellung gesteuert, so daß die Kamera ein Objekt verfolgt bzw. diesem Objekt nach geführt wird, wenn sich das Objekt z. B. nach rechts oder links bewegt, und dabei nicht nur verhindert wird, daß das Objekt aus dem Bild wandert, sondern auch eine korrekte Fokussie rungssteuerung ermöglicht wird.The automatic object tracking device of a camcorder thus enables an assessment of whether a movement movement of an object or a movement of the Camera acts. If it is a movement of the object acts, the object is updated not only depending on the direction of movement and movement scope of the object, but also the tracking speed controlled depending on the zoom position, so that the camera tracks or follows an object is performed when the object z. B. to the right or left moved, and not only prevents the object wanders out of the picture, but also a correct focus control is enabled.
Claims (6)
mit einer A/D-Wandlereinrichtung (4) zum Umwandeln des Video-Luminanzsignals der Videoverarbeitungseinrichtung (3) in ein digitales Video-Luminanzsignal;
mit einem Bewegungsdetektor (6), der ein momentan vorhan denes digitales Video-Luminanzsignal mit einem unmittelbar davor erzeugten digitalen Video-Luminanzsignal vergleicht, um das Ausmaß und die Richtung der Bewegung des Objektbil des als eines Bewegungsvektores zu detektieren und dadurch eine Bewegungsinformation zu erzeugen;
mit einem Mikroprozessor (8), der auf der Grundlage der von dem Bewegungsdetektor (6) erhaltenen Bewegungsinforma tionen beurteilt, ob eine Bewegung des Objekts vorliegt oder nicht, und die Geschwindigkeit einer eventuellen Bewegung des Objekts ermittelt, und
mit einer Motorsteuereinrichtung (10), die die Information über die Bewegung des Objektes von dem Mikroprozessor (8) erhält und den Motor (11) zum Verschwenken des Camcorders so steuert, daß der Camcorder dem Objekt nachgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (7) zum Detektieren der Zoomstellung der Linse (1) vorhanden ist; und
daß der Mikroprozessor (8) die detektierte Zoomstellung berücksichtigt bei der Beurteilung der Geschwindigkeit der Bewegung des Objekts.1. Automatic object tracking device of a camcorder, which has a zoom lens ( 1 ) and a video processing device ( 3 ) for generating video luminance signals,
A / D converter means ( 4 ) for converting the video luminance signal of the video processing device ( 3 ) into a digital video luminance signal;
a motion detector ( 6 ) which compares a currently existing digital video luminance signal with a digital video luminance signal generated immediately before to detect the extent and direction of movement of the object image as a motion vector and thereby generate motion information;
with a microprocessor ( 8 ) which, based on the movement information obtained from the movement detector ( 6 ), judges whether or not there is movement of the object and determines the speed of any movement of the object, and
with a motor control device ( 10 ) which receives the information about the movement of the object from the microprocessor ( 8 ) and controls the motor ( 11 ) for pivoting the camcorder so that the camcorder tracks the object,
characterized,
that means ( 7 ) for detecting the zoom position of the lens ( 1 ) are provided; and
that the microprocessor ( 8 ) takes into account the detected zoom position when assessing the speed of the movement of the object.
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